DE102005037070A1

DE102005037070A1 - Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und Generator zur Umsetzung des erfindungsgemässen Verfahrens

Info

Publication number: DE102005037070A1
Application number: DE200510037070
Authority: DE
Inventors: Christian Preis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-08

Abstract

Die zur Induktion notwendige Änderung des magnetischen Flusses wird durch Einbringen eines Abschirmbleches in die Spalten zwischen Erregermagnet und Induktionsspule sowie Entfernen dieses Bleches bewirkt. Beim Einbringen des Abschirmbleches ist das induzierte Magnetfeld dem Erregermagnetfeld gleichgerichtet und verstärkt dieses. Beim Entfernen des Abschirmbleches baut die Induktionsspule ein Magnetfeld auf, daß dem Magnetfeld des Erregermagneten entgegengerichtet ist, was dazu führt, daß das noch vom Erregermagnetfeld gesättigte Abschirmblech vom Induktionsmagnetfeld abgestoßen wird.
Durch dieses Verfahren wird der Generator nicht mehr durch die Magnetfelder der Induktionsspulen gebremst.

Description

Es ist bekannt, elektrische Energie durch Generatoren zu erzeugen. Derartige Generatoren bestehen im wesentlichen aus einem Rotor, der ein Magnetfeld hat, und einem Stator der mit Wicklungen versehen ist. Der Rotor wird durch einen Antrieb z.B. eine Turbine oder einen Motor in eine Drehbewegung versetzt. Durch die Drehung des Rotors verändert sich der magnetische Fluß welcher auf die Wicklungen des Stators wirkt. Durch diese Änderung des magnetischen Flusses wird in den Wicklungen elektrischer Strom induziert.
Die Induktion wird bei derartigen elektrischen Maschinen dadurch bewirkt, daß die magnetischen Feldlinien des Rotors eben durch die Drehbewegung des Rotors zusammen mit dem Rotor drehen und so durch die Leiterschleifen der am Stator fest montierten Wicklungen hindurch bewegt werden und diese schneiden. Durch dieses Schneiden der Feldlinien werden die Elektronen im Leiter zur Wanderung angeregt.
Das Problem bei dieser Art der Induktion besteht darin, daß der in den Leitern der Wicklungen induzierte Strom selbst ein Magnetfeld erzeugt. Gemäß der Lenzschen Regel ist der von einer Induktionsspannung erzeugte Strom stets so gerichtet, daß sein Magnetfeld eine Flußänderung zu verhindern sucht.
Das bedeutet, daß bei Annäherung eines Rotorkopfes an eine Wicklung diese Wicklung ein Magnetfeld erzeugt welches dem Magnetfeld des Rotors entgegenwirkt, es also abstößt und so der Drehbewegung des Rotors entgegenwirkt und diesen dadurch abbremst. Wenn der Rotor weiter gedreht wird und sich so der Rotorkopf wieder von der Wicklung entfernt, so ändert sich die Richtung des Induzierten Stromes und somit das Magnetfeld der Wicklung, so daß es nun den sich entfernenden Rotorkopf anzieht und diesen dadurch wiederum abbremst.
Diese Bremsung des Rotors durch die Magnetfelder der Wicklungen führt dazu, daß dem Antrieb des Rotors entsprechen mehr Energie zugeführt werden muß, um die Drehbewegung aufrecht zu erhalten.

Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie zu schaffen, bei dem die Magnetfelder der Induktionswicklungen den Antrieb des Generators kaum noch oder gar nicht mehr abbremsen.

Die Aufgabe wird gelöst, indem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren darauf verzichtet wird, die zur Induktion in den Wicklungen nötige Änderung des magnetischen Flusses durch eine Bewegung der Feldlinien über die Leiter der Wicklung zu bewirken.

Statt dessen befinden sich die Wicklungen und die Quelle der magnetischen Feldlinien, welche die Induktion bewirken, in einer festen Position zu einander und werden nicht gegeneinander bewegt. Die Quelle der Feldlinien welche die Induktion in den Wicklungen bewirkt kann mindestens ein Permanentmagnet oder Elektromagnet sein. Die Wicklungen haben einen Kern aus einem Material mit hoher Permeabilität, wie z.B. Eisen oder Mu- Metall. Zwischen dem Wicklungskern und dem Magnet befindet sich ein Spalt. Die Änderung des magnetischen Flusses erfolgt, indem in diesen Spalt ein Objekt eingeführt wird, daß eine sehr hohe Permeabilität hat und darum den Wicklungskern gegen den Magneten abschirmt. Dieses Abschirmobjekt ist so geformt, daß es die Feldlinien des Magneten zum anderen Pol des Magneten führt und so den magnetischen Kreislauf der vorher durch den Wicklungskern lief nun quasi "kurzschließt". Da durch die Einbringung der Abschirmung in den Spalt eine Verringerung des magnetischen Flusses im Wicklungskern erfolgt, wird in der Wicklung Strom induziert.

Das durch die Induktion hervorgerufene Magnetfeld der Wicklung bremst die Bewegung des Abschirmobjektes nicht ab, sondern übt aufgrund dessen hoher Permeabilität eine anziehende Wirkung darauf aus wird zieht es weiter in den Spalt hinein. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, daß die Magnetfelder der Wicklung und des Erregermagneten gleich gerichtet sind und sich daher verstärken. Wird das Abschirmobjekt nun weiter bewegt, so wird die Abschirmung wieder schwächer. Dadurch wird der Wicklungskern von einer steigenden Anzahl von Feldlinien durchflossen was wiederum eine Induktion in den Wicklungen bewirkt. Die Feldlinien des Wicklungsmagnetfeldes sind nun dem Magnetfeld des Erregermagneten entgegen gerichtet und üben daher auf das von den Feldlinien des Erregermagneten durchdrungene Abschirmobjekt eine abstoßende Wirkung aus. Diese abstoßende Wirkung auf das sich entfernende Abschirmobjekt welches mit dem Rotor verbunden ist unterstützt somit die Drehbewegung des Rotors. Die Kraftwirkung des Erregermagneten auf das Abschirmobjekt kann vernachlässigt werden, da dieses Magnetfeld das Abschirmobjekt bei der Bewegung in den Spalt hinein zwar unterstützt, bei der Bewegung aus dem Spalt heraus aber abbremst und sich somit diese entgegen gerichteten Kräfte in ihrer Wirkung auf das Abschirmobjekt und somit auf die Drehbewegung des Rotors aufheben.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch einen im folgenden Ausführungbeispiel schematisch beschriebenen Generator und dessen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen umgesetzt.
1 zeigt eine Wicklung(5) mit Magnet(6) und Wickelkern(4) und einem Abschirmblech(3), mit nur 1 Luftspalt zwischen einem Pol des Magneten(6) und dem Wickelkern(4).
2 zeigt eine Wicklung(5) mit Magnet(6) und Wickelkern(4) und einem Abschirmblech(3), mit 2 Luftspalten zwischen dem Magnet(6) und dem Wickelkern(4), 1 Luftspalt über jedem Pol des Magneten(6).
3 zeigt ein Segment des Generators(1) in Seitenansicht.
4 zeigt ein Abschirmblech(3) mit 2 voneinander getrennten Blechschichten mit einem Distanzstück(10) zwischen den Schichten.
4a zeigt das Abschirmblech(3) aus 4 in Draufsicht.
5 zeigt den magnetischen Fluß mit einem sich momentan in die Spalten hinein bewegenden Abschirmblech(3) mit 2 gegeneinander isolierten Blechschichten, wobei das Maximum der Abschirmung noch nicht erreicht ist.
6 zeigt den magnetischen Fluß ohne Abschirmblech(3).
Der Generator(1) hat 2 Rotoren(2) die auf einer drehbar gelagerten Welle befestigt sind, mit je 12 Abschirmblechen(3). Die Abschirmbleche(3) sind ebenso wie die Wicklungskerne(4) aus Elektroblechpaketen gefertigt, um Wirbelströme zu minimieren. Die Abschirmbleche(3) weisen wie in 4 gezeigt 2 voneinander getrennte Blechschichten auf um den Magnetischen Fluß der Erregermagneten(6) vom magnetischen Fluß der Wicklungen(5) wie in 5 gezeigt, während der Bewegung des Abschirmbleches(3) in den Spalt hinein, zu trennen. Die Blechschicht welche von den Feldlinien des Wicklungsfeldes durchströmt wird, ist kürzer als die Blechschicht welche vom Erregermagnetfeld durchströmt wird. 4a. Dadurch wird bewirkt, daß beim Entfernen des Abschirnbleches(3) aus dem Spalt das noch vom magnetischen Fluß des Erregermagneten(6) durchströmte Abschirmblech(3) von dem nun entgegen gerichteten Magnetfeld der Wicklung(5) leicht abgestoßen wird.
Jeder Rotor(2) wird von einem ringförmigen Stator(7) umgeben. Jeder Stator(7) hat 12 Wicklungen(5) mit Kern(4) und hat wie in 2 dargestellt 2 Luftspalte.
Als Erregermagnete(6) werden hier 2 Permanentmagnete mit einem Eisen zwischen ihnen verwendet, um die Magnete(6) in der Halterung(8) zu fixieren. Die Halterung(8) ist fest mit dem Stator(7) verbunden und ist aus einem Material gefertigt, daß eine niedrige Permeabilität hat. Die 2 Rotoren(2) sind so gegeneinander verdreht, das die Abschirmbleche(3) des 1. Rotors(2) sich zwischen 2 Wicklungskernen(4) befinden, während die Abschirmbleche(3) des 2. Rotors(2) sich gerade in den Spalten zwischen Wicklungskern(4) und Erregermagnet(6) befinden. So wird eine Phasenverschiebung des induzierten Stroms bewirkt. Die Wicklungen(5) jedes Stators(7) sind miteinander verdrahtet und führen den induzierten Strom zu einem Verbraucher. Der Antrieb der Rotorwelle kann beliebig z.B. durch einen Dieselmotor, erfolgen.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei dem durch einen derartigen Generator umgesetzten Verfahren zur Erzeugung Elektrischer Energie die Magnetfelder der Wicklungen statt einer stark bremsenden Wirkung auf den Rotor nunmehr keine oder sogar eine leicht beschleunigende Wirkung auf den Rotor haben, so daß der Rotor im wesentlichen nur noch durch mechanische Reibung, minimale Wirbelströme und den Luftwiderstand gebremst wird. Dies führt dazu, daß nun deutlich weniger Energie aufgewendet werden muß um die Drehbewegung des Rotors aufrecht zu erhalten.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Induktion nötige Änderung des magnetischen Flusses welcher die Leiter der Induktionsspulen schneidet, erfolgt, indem diese Änderung durch a) eine Reduzierung der magnetischen Feldlinien erfolgt indem die Leiter der Induktionsspule durch Einbringen eines Abschirmobjektes gegen das Erregermagnetfeld abgeschirmt werden. b) Entfernen des Abschirmobjektes erfolgt, was bewirkt, daß die Zahl der magnetischen Feldlinien, die auf die Leiter der Spule wirken, wieder zunimmt.
Generator zur Umsetzung des in Anspruch 1 genannten Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Induktion nötige Änderung des magnetischen Flusses welcher die Leiter der Induktionsspulen schneidet, durch Einbringen und Entfernen eines diese Leiter gegen die Feldlinien des Erregermagneten abschirmenden Objektes, erfolgt.
Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Spalt zwischen dem Erregermagneten und dem Wicklungskern eingebrachten Abschirmobjekte dergestalt wirken, daß sie die Feldlinien des Erregermagneten so umleiten, daß der Wicklungskern kaum noch oder gar nicht mehr von diesen Feldlinien durchflossen wird.
Generator nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmobjekte konstruktive Mittel aufweisen welche den magnetischen Fluß der Induktionswicklung vom magnetischen Fluß des Erregermagneten größtenteils oder ganz trennen, solange das Abschirmobjekt in den Spalt zwischen Erregermagnet und Wicklungskern hinein bewegt wird.
Generator nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich mehr als ein Spalt zwischen dem Erregermagneten und dem Wicklungskern befinden kann.
Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmobjekt kein konstruktives Mittel aufweist um den magnetischen Fluß der Induktionswicklung vom magnetischen Fluß des Erregermagneten größtenteils oder ganz trennen.
Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Induktionswicklungen ungleich oder gleich der Anzahl der Abschirmobjekte ist.
Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator mehr als einen Rotor mit Stator hat
Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator konstruktive Mittel aufweist, um die Induktionsströme in ihrer Phase zu verschieben.
Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er statt mehrerer Einzelwicklungen eine oder mehrere Wicklungen hat, die den Stator ganz umlaufen, der Funktionsweise eines Fahrraddynamos entsprechend.
Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß statt des Rotors mit den Abschirmobjekten die Induktionsspulen zusammen mit den Erregermagneten gedreht werden.
Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Stator und Rotor in Gegenrichtung gedreht werden.
Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen der Erregermagneten und/oder die Abschirmobjekte eine Gestalt haben, welche die Anzahl der Abgeschirmten Feldlinien pro zurückgelegter Bewegungsstrecke der Abschirmobjekte verändert, um dadurch den Spannungsverlauf zu beeinflussen.